然而,在它們的短暫壽命期間,它們是具備質量和電荷等特征的真正粒子。這樣的粒子,應該曾經在大爆炸的高能條件下大量出現。
構成一切物質實體的基本成分;也指量子理論中有基本力的粒子。
嚴格地說,基本粒子是不能再分解為任何組成部分的粒子。在這一定義下,隻有誇克和輕子兩族基本粒子。但是,雖然質子和中子由誇克組成,這兩類重子都不可能分解為它們的誇克成分,因為獨立的誇克是不能存在的。
所以,盡管質子和中子以及其他重子由誇克組成,它們常被看成是基本粒子。
輕子就是基本的粒子,可是最基礎的粒子。
是名副其實的基本粒子,它們不由任何別的東西構成。典範的輕子就是電子,電子與另一種叫做中微子(嚴格說應是電子中微子)的輕子相伴生。當電子參與放射衰變這類過程時,總有中微子卷入。
由於一些無人知曉的原因,這一基本圖像已經複製了兩次,產生了三‘代’輕子。除電子本身外,還有比較重的叫做μ介子,它們除了比電子重207倍外,完全像是電子;還有一種甚至更重的粒子叫做τ粒子,它的質量接近質子的兩倍。這兩種重電子各有其自己的中微子,所以輕子族有六種(三對)粒子。雖然μ介子和τ粒子都能在粒子加速器中用能量製造或從宇宙線產生,但它們很快衰變,轉化成電子或中微子。
粒子還分為種族的。
強子族本身又再分為兩類。由三個誇克構成的粒子叫做重子,就是我們常說的‘物質’粒子,包括質子和中子(重子和輕子都是費米子族的成員,費米子實際上是普通物質粒子的別稱)。由成對的誇克構成的粒子叫做介子,它們是攜帶基本力的粒子,盡管還有其他的介子(這些力的載體和其他介子又稱為玻色子)。
隻需要兩種誇克(它們的名字很怪,叫做‘上’誇克和‘下’誇克)就能解釋質子和中子的結構。一個質子由通過強力維持在一起的兩個上誇克和一個下誇克構成,而一個中子由通過強力維持在一起的兩個下誇克和一個上誇克構成。
力本身可視為膠子的交換,而膠子本身又由誇克對組成,因而是介子。
正如輕子族複製了三代,誇克族也如此。雖然隻需要兩種誇克來解釋質子和中子的本質,但複製的兩代誇克卻一代比一代重,其中一代叫做‘奇’誇克和‘粲’誇克,最重的一代叫做‘底’誇克和‘頂’誇克。和重輕子一樣,這些粒子能夠在高能實驗中產生(因而大爆炸時必定大量存在過),但迅速衰變成它們的較輕對應物。雖然不可能分離出單個誇克,但粒子加速器實驗已經提供了誇克族所有這六個成員存在的直接證據;最後一種(頂)誇克是芝加哥費密實驗室的科學家於2007年找到的。
對誇克的質量和其他性質的研究表明,不可能有更多代的誇克,隻能有三族誇克和三族輕子。幸而標準大爆炸模型也認為不可能存在多於三代的粒子;不然的話,極早期宇宙中額外中微子造成的壓力應該驅動宇宙過快地膨脹,從
也認為不可能存在多於三代的粒子;不然的話,極早期宇宙中額外中微子造成的壓力應該驅動宇宙過快地膨脹,從而使留存下來的氦含量與極年老恒星的觀測結果不符(見αβγ理論、核合成)。這是最美妙的證據之一,表明粒子物理學和宇宙學兩者的標準模型對宇宙行為的描述,都同基本真理相去不遠。
但是,除了大爆炸的最早片刻之外,第二和第三代粒子在宇宙的演化或其內容物的行為中基本不起作用。我們在宇宙中看到的每樣東西都能用兩種誇克(上和下)和兩種輕子(電子和電子中微子)加以說明;確實,由於單個的誇克不能獨立存在,我們看到的每樣東西的行為,仍然能夠用1932年就已經知道的電子、中子和質子再加上電子中微子,以及四種基本力,相當準確地予以近似說明。